[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ersatzschaltung entsprechend dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
[0002] Aus der DE-PS 27 53 420 ist eine Einrichtung zur Ersatzschaltung von Betriebssystemen
für digitale Signale bekannt, bei der zu übertragende digitalen Signale durch gesteuerte
Schalter von einem gestörten Signalweg auf einen ungestörten Ersatzsignalweg umgeschaltet
werden können und die Ersatzschaltung durch Erkennung einer Störung oder durch einen
äußeren Eingriff ausgelöst wird. Die bekannte Einrichtung betrifft Betriebssysteme
der unteren Hierarchiestufen für digitale Signale mit niedrigen Bitraten, so daß Probleme,
die bei der Übertragung hochratiger digitaler Signale, wie beispielsweise Einhaltung
einer bestimmten Impulsform auftreten, bei der bekannten Einrichtung keine Rolle spielen.
[0003] Bei der Umschaltung von Ein- bzw. Ausgangssignalen von Geräten oder Geräteteilen
wie beispielsweise Baugruppen in digitalen Übertragungssystemen dürfen diese Signale
möglichst wenig verzerrt werden, da die Signale bei der Übertragung über in den Systemen
vorgesehene Schnittstellen definierten Anforderungen genügen müssen. Bei hochratigen
digitalen Signalen mit Bitraten von 100 Mbit/s oder mehr sind die Anforderungen an
die Einhaltung eines Toleranzbereich des Impulsverlaufs und insbesondere die Einhaltung
vorgegebener Reflexionsfaktoren nur mit relativ großem Aufwand zu erfüllen, wobei
die Zuverlässigkeit durch zusätzliche Schalter im Übertragungsweg verringert wird.
Zur Einhaltung der Forderungen an die digitalen Signale ist es deshalb notwendig,
in den Übertragungsweg zusätzlich zu beispielsweise Pindioden als Schalter auch diskrete
Widerstände, Induktivitäten und Kapazitäten einzufügen, wodurch die Zuverlässigkeit
absinkt.
[0004] Die Aufgabe bei der vorliegenden Erfindung besteht also darin, die Ersatzschaltung
von Geräten oder Geräteteilen, insbesondere von Baugruppen mit möglichst wenig Aufwand
bei Bitraten von mindestens 100 Mbit/s zu ermöglichen.
[0005] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Anordnung der eingangs erwähnten Art
gelöst, die durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 weitergebildet
ist. Durch die Möglichkeit der Integration der verwendeten Schalter sinkt die Zahl
der erforderlichen Bauteile, wodurch in vorteilhafter Weise die Eignung für hohe Frequenzen
und die Zuverlässigkeit erhöht wird, insgesamt verringert sich der Aufwand und damit
die Kosten für die Realisierung der Ersatzschaltung, die außerdem bei der erfindungsgemäßen
Lösung einen vergleichsweise geringen Leistungs- und Platzbedarf aufweist und bei
der die Forderungen hinsichtlich der sogenannten Impulsmaske als Toleranzbereich eines
Impulsverlaufs und der Einhaltung vorgegebener Reflexionsfaktoren vergleichsweise
leicht einzuhalten sind. Bevorzugte Ausführungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind
in den Patentansprüchen 2 bis 5 näher beschrieben.
[0006] Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden.
[0007] Dabei zeigt:
- Figur 1
- eine Baugruppenersatzschaltung mit in integrierten Schaltungen zusammengefaßten steuerbaren
Schaltern,
- Figur 2
- die Zusammenschaltung steuerbarer Stromquellen als steuerbare Schalter mit mehreren
Eingängen und einem gemeinsamen Ausgang und
- Figur 3
- die Zusammenschaltung mehrerer Stromquellen als Schalter mit einem Eingang und mit
mehreren Ausgängen.
[0008] In der Figur 1 sind zwischen einem Anschlußfeld A und einer Signalweiterverarbeitung
B in einer Vielzahl von Signalwegen Impulsformer IF1...IF(n+1) und Umschaltbausteine
IC11...IC1(n+1) enthaltende Anschlußbaugruppen AB1 ... ABn+1 und diesen nachgeschaltete
Signalbaugruppen SB1 ... SBn+1 angeordnet. Die Umschaltbausteine IC1...IC1(n+1) sind
dabei am Eingang nach und am Ausgang vor den Impulsformern IF1...IF1(n+1) angeordnet.
Durch diese Lösung sind die Schalter integrierbar, wodurch die Zuverlässigkeit gegenüber
diskreten Lösungen ansteigt, die Kosten reduziert werden, sich der Leistungs- und
Platzbedarf verringert,da die integrierten Umschalter keinerlei Einfluß auf die Impulsform
und die Reflexion am Eingang und Ausgang der Schaltung haben. Beim Ausführungsbeispiel
sind jeweils vier parallele STM-1 Schnittstellensignalpaare mit einer Bitrate von
jeweils 155 Mbit/s einer Anschlußbaugruppe AB1 ... ABn+1 zugeordnet, wobei die Anschlußbaugruppen
neben den Impulsformern IF1 ... IF(n+1) auch die die steuerbaren Schalter enthaltenden
Umschaltbausteine IC11 ... IC1(n+1) umfassen. Im Normalbetrieb sind die Umschaltbausteine
so angesteuert, daß die ankommenden und abgehenden Signale zu einer unmittelbar zugeordneten
Signalbaugruppe SB1 ... SB(n+1) durchgeschaltet wird, die eine relativ umfangreiche
Signalweiterverarbeitung oder Signalumsetzung, also beispielsweise eine Schnittstellenregenerierung,
vornimmt und unmittelbar mit der Signalweiterverarbeitung B verbunden ist. Entsprechend
der Anzahl n jeweils der ankommenden und der abgehenden Signale sind wenigstens eine
Anzahl von 1+n/4 Anschlußbaugruppen AB1 ... AB(n+1) und 1+n/4 Signalbaugruppen SB1
... SB(n+1) vorgesehen.
[0009] Bei Erkennen eines Störfalles in einer der Signalbaugruppen SB1 ... SBn oder durch
manuelle Betätigung wird der im gestörten Signalweg liegende Umschaltbaustein IC11...IC1n
der von der Störung betroffenen Anschlußbaugruppe ABX vom unmittelbaren Signalweg
zu den Signalbaugruppen SB1 ... SBn auf einen Signalweg zu einem Auswahlschalter ASW
umgeschaltet. Der Auswahlschalter ASW weist eine der Anzahl n der Anschlußbaugruppen
entsprechende Anzahl n an Ein- bzw. Ausgängen auf, die jeweils mit einem gesteuerten
Umschalter verbunden sind, deren Steuerung durch von einem nicht dargestellten Steuersignalgeber
an den Steuereingang ASE des Auswahlschalters ASW abgegebene Signale erfolgt. Durch
die Umschaltung auf den Ersatzsignalweg wird die im gestörten Signalweg befindliche
Anschlußbaugruppe mit der zusätzlichen Anschlußbaugruppe ABn+1 verbunden, bei der
die Umschaltbausteine so angeordnet sind, daß zwischen dem Ersatzsignalweg über den
Auswahlschalter und einem zusätzlichen Übertragungsweg umgeschaltet werden kann. Zwischen
dieser zusätzlichen Anschlußbaugruppe ABn+1 und der weiteren Signalweiterverarbeitung
B ist eine zusätzliche, den Ersatz- bzw. den zusätzlichen Signalweg schließende Signalbaugruppe
SBn+1 eingeschaltet. In der Signalweiterverarbeitung B sind weitere Umschalter und
Querverbindungen integriert, durch die schließlich der Ersatzsignalweg geschlossen
wird. In der Figur 1 sind die Schalterstellungen in Ruhestellung, also während des
Normalbetriebs gezeichnet, in der die Übertragungswege zwischen vom Anschlußfeld A
zur Signalweiterverarbeitung B in Fig. 1 senkrecht verlaufen.
[0010] Zur Erläuterung der Funktion der Anordnung nach Figur 1 sei davon ausgegangen, daß
die zweite Signalbaugruppe SB2 gestört ist. Die üblicherweise vorhandenen Überwachungsschaltungen
alarmieren die Störung und veranlassen über den Steuersignalgeber, daß in der zweiten
Anschlußbaugruppe AB2 im Umschaltbaustein IC12 die Umschalter vom Signalweg zur zweiten
Signalbaugruppe SB2 auf den Signalweg zum Auswahlschalter ASW umschalten. Dieser ist
außerdem durch einen über seinen Steuereingang ASE ankommenden Steuerbefehl auf seinen,
mit einem Ausgang der zweiten Anschlußbaugruppe verbundenen zweiten Eingang geschaltet
und auf einen mit einem Eingang der zweiten Anschlußbaugruppe AB2 verbundenen Ausgang
umgeschaltet. Der Auswahlschalter ASW übernimmt die Ausgangsignale der zweiten Anschlußbaugruppe
AB2 und schaltet diese zu seinem, für alle an Ausgänge der ersten bis n-ten Anschlußbaugruppe
AB1...ABn angeschlossenen Eingänge, gemeinsamen Ausgang durch, der mit einem zugeordneten
Eingang der zusätzlichen Anschlußbaugruppe Abn+1 verbunden ist. Weiterhin wird in
Gegenrichtung der mit einem Ausgang der zusätzlichen Anschlußbaugruppe Abn+1 verbundene
gemeinsame Eingang des Auswahlschalters ASW über einen weiteren Umschalter auf seinen,
mit dem Eingang der zweiten Anschlußbaugruppe AB2 verbundenen Ausgang durchgeschaltet.
Durch weitere Steuerbefehle sind die Umschalter in der n+1. Anschlußbaugruppe ABn+1
vom senkrechten auf den waagerechten Übertragungsweg umgeschaltet und leiten die Signale
der zweiten Anschlußbaugruppe AB2 über die n+1. Signalbaugruppe SBn+1 zur Signalweiterverarbeitung
B.
[0011] Im Falle dieser Ersatzschaltung kann der gestörte Abschnitt überprüft und gegebenenfalls
die defekte zweite Signalbaugruppe SB2 ausgewechselt werden, ohne daß der Übertragungsweg
unterbrochen wird, da sich die Schalter für die Ersatzschaltung außerhalb der Signalbaugruppen
befinden.
[0012] Die Impulsformer IF1 ..IFn für die Eingangssignale in den Anschlußbaugruppen AB1
regenerieren das vom Anschlußfeld A stammende Eingangssignal, bevor es dem nachgeschalteten
Umschaltbaustein zugeführt wird. Dadurch wird vermieden, daß der Umschaltbaustein
das Eingangssignal vor der Regenerierung störend beeinflussen kann. Auch auf die an
das Anschlußfeld A abzugebenden Ausgangssignale haben die Umschalter keinen Einfluß,
da die wichtigen Schnittstelleneigenschaften, wie Impulsmaske, also vorgeschriebene
Impulsform an der Schnittstelle mit Toleranzbereich, und Reflexion im wesentlichen
durch die Impulsformer IF1 ... IFn+1 festgelegt werden.
[0013] In den Umschaltbausteinen der Anschlußgruppen AB1 ...ABn+1 der Figur 1 sowie im Auswahlschalter
ASW werden zwei unterschiedlich geschaltete Gruppen steuerbarer Stromquellen eingesetzt.
Zum einen handelt es sich Gruppen von Stromquellen, bei denen eines der Eingangssignale
auf einen gemeinsamen Ausgang durchgeschaltet wird, im anderen Fall wird ein Eingangssignal
auf einen von mehreren Ausgängen durchgeschaltet.
[0014] In der Figur 2 sind n steuerbare Stromquellen Q11 ... Qn ausgangsseitig parallelgeschaltet.
Die Stromquellen enthalten jeweils einen Stromquellentransistor T11a...T1na und einen
emittergekoppelten Differenzverstärker mit 2 Transistoren, wobei der Basisanschluß
des einen Transistors T11b...T1nb mit einer Quelle für eines der umzuschaltenden Eingangssignale
(E1 ... En) verbunden ist, während der Basisanschluß des zweiten Transistors T11c
...T1nc mit einer Quelle für das jeweils inverse Eingangssignal verbunden ist. Die
zusammengeführten Emitteranschlüsse der einzelnen Differenzverstärker sind mit dem
Kollektoranschluß des jeweils zugeordneten Stromquellentransistors (T11a... T1na)
verbunden, dessen Basisanschluß mit einer Quelle für ein Steuersignal (S11, S12, ...
S1n) verbunden ist. Die Emitteranschlüsse der Stromquellentransistoren sind über Emitterwiderstände
R11 ... R1n mit Bezugspotential verbunden, die Kollektoranschlüsse der einen Transistoren
T11b ... T1nb sind untereinander und mit einem gemeinsamen Ausgang verbunden, entsprechendes
gilt für die Kollektoranschlüsse der anderen Transistoren.
[0015] Für n = 2 stellt diese Anordnung einen einfachen Umschalter dar, mit dem eines der
Eingangssignale auf den gemeinsamen Ausgang A geschaltet werden kann. Dieser Umschalter
wird in der Figur 1 in den Umschaltbausteinen IC11...IC1(n+1) der Anschlußbaugruppen
eingesetzt, um das von der Signalbaugruppe oder bei Ersatzschaltung vom Auswahlschalter
stammende Signal über den Impulsformer zum Anschlußfeld A durchzuschalten. Bei einer
größeren Anzahl n steuerbarer Stromquellen ergibt sich der obere Teil des Auswahlschalters
ASW, durch den eines der Ausgangssignale der Anschlußbaugruppen AB1 .. ABn ausgewählt
und zur n + 1.-Anschlußbaugruppe ABn+1 durchgeschaltet wird.
[0016] Die Schalter in der Figur 2 bestehen aus steuerbaren Stromquellen Q11...Q1n, die
im High-Zustand des Steuersignals S Strom liefern, im Low-Zustand des Steuersignals
dagegen gesperrt sind. Die Stromquellentransistoren T11a... T1na speisen dabei den
zugeordneten Differenzverstärker, wobei nur jenes Eingangssignal E1 ... En zum Ausgang
durchgeschaltet wird, dessen Differenzverstärker durch den Stromquellentransistor
mit Strom versorgt wird, das an diesem Transistor anliegende Steuersignal also auf
dem High-Pegel liegt. Alle anderen Steuersignale sind dann im Low-Zustand, so daß
die Eingangssignale der zugeordneten Differenzverstärker nicht zum Ausgang durchgeschaltet
werden, zusätzlich ist ein besonderer Betriebsfall, der sogenannte Standby-Betrieb
möglich, bei dem zur Stromeinsparung alle Steuersignale auf dem Low-Pegel sind.
[0017] In der Figur 3 sind die mittels Stromquellentransistor und emittergekoppelten Differenzverstärker
gebildeten Stromquellen Q21...Q2n eingangsseitig parallelgeschaltet, wobei jeweils
der Basisanschluß des einen Transistors T21b... T2nb mit der Quelle für das gemeinsame
Eingangssignal verbunden sind, während der Basisanschluß des jeweils anderen Transistors
T21c ... T2nc mit einer Quelle für das inverse Eingangssignal verbunden ist. Die zusammengeführten
Emitteranschlüsse der Differenzverstärkertransistoren sind jeweils mit dem Kollektoranschluß
des zugeordneten Stromquellentransistors T21a...T2na verbunden, wobei die Basisanschlüsse
der Stromquellentransistoren mit Quellen für entsprechende Steuersignale (S21 ...
S2n) verbunden sind. Die Emitteranschlüsse der Stromquellentransistoren sind wiederum
über Emitterwiderstände (R21 ... R2n) mit Bezugspotential verbunden.
[0018] Für n = 2 stellt diese Anordnung einen einfachen Umschalter dar, mit dem das Eingangssignal
E auf einen der Ausgänge A1 oder A2 geschaltet werden kann. Dieser Umschalter ist
ebenfalls in den Umschaltbausteinen der Anschlußbaugruppen AB1 ... ABn+1 vorhanden,
er dient dort dazu, das vom Impulsformer abgegebene Eingangssignal entweder an die
zugeordnete Signalbaugruppe SB1 ... SBn+1 oder an einen Eingangsanschluß des Auswahlschalters
ASW abzugeben. Aus der Vielzahl seiner an die Ausgänge der Anschlußbaugruppen angeschlossenen
Eingangsanschlüsse wählt er denjenigen aus, im aktuellen Ersatzsignalweg liegt und
diesen an die n+1.-Anschlußbaugruppe ABn1, also an einen folgenden Abschnitt des Ersatzsignalwegs
durchschaltet. Bei der Anordnung nach der Figur 3 handelt es sich uni die untere Gruppe
der Umschalter im Auswahlschalter ASW, die ein von der n+1.-Anschlußbaugruppe stammendes
Eingangssignal an einen ihrer Ausgänge weiterschalten, der mit den Eingangsanschluß
derjenigen Anschlußbaugruppe verbunden ist, in deren Hauptsignalweg eine Störung aufgetreten
war. Die Schalter in der Figur 3 bestehen ebenfalls aus steuerbaren Stromquellen,
die im High-Zustand des am Stromquellentransistors anstehenden Steuersignals Strom
liefern, im Low-Zustand dagegen nicht. Das Eingangssignal wird dabei nur zu demjenigen
Ausgang durchgeschaltet, dessen Stromquellentransistor ein Steuersignal im High-Pegel
erhält. Alle anderen Steuersignale sind im Low-Zustand, so daß auch hier das Eingangssignal
zu allen anderen Ausgängen gesperrt ist, für den Stand-by-Mode können sich auch alle
Steuersignale im Low-Zustand befinden.
1. Anordnung zur Ersatzschaltung von Geräten oder Geräteteilen, insbesondere Baugruppen
mit gesteuerten Schaltern, durch die von einem ersatzzuschaltenden Signalweg auf einen
Ersatzsignalweg umgeschaltet wird, wobei die Ersatzschaltung durch Erkennung einer
Störung oder durch äußeren Eingriff ausgelöst wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen einem Anschlußfeld (A) und einer Signalweiterverarbeitung (B) mit dem
Anschlußfeld (A) unmittelbar verbundene Anschlußbaugruppen (AB1 ... ABn) und diesen
unmittelbar nachgeschaltete, die Signale verarbeitende und/oder umcodierende Signalbaugruppen
(SB1 ... SBn) vorgesehen sind, daß im ungestörten Betrieb diese Signalbaugruppen unmittelbar
mit der Signalweiterverarbeitung (B) verbunden sind, daß bei einer Störung im Signalweg
oder bei manuellem Eingriff von außen zwischen Anschlußbaugruppen (AB1 ... ABn) und
der Signalweiterverarbeitung (B) eine Ersatzschaltung des Signalweges von der betroffenen
Anschlußbaugruppe über einen Auswahlschalter (ASW), eine zusätzliche Anschlußbaugruppe
(ABn+1), eine zusätzliche Signalbaugruppe (SBn+1) und einem in der Signalweiterverarbeitung
(B) enthaltenen intern schaltbaren Ersatzsignalweg auch in Gegenrichtung ausgelöst
wird, daß dazu in den Anschlußbaugruppen (AB1 ... ABn) im Anschluß an deren mit dem
Anschlußfeld (A) verbundenen Ein- und Ausgängen Impulsformer (IF1 ... IFn)und mit
diesen verbundene Umschaltbausteine (IC11 ... IC1n) vorgesehen sind, die zwischen
Leitungen zur zugeordneten Signalbaugruppe und einem Auswahlschalter (ASW) umschaltbar
sind, daß der Auswahlschalter (ASW) über an seinem Steuersignaleingang (ASE) anstehende
Signale so gesteuert wird, daß er ein- und ausgangsseitig mit der im gestörten Signalweg
befindlichen Anschlußbaugruppe verbunden ist, daß die zusätzliche Anschlußbaugruppe
(ABn+1) einen Umschaltbaustein aufweist, der einerseits im Signalweg zwischen einem
gemeinsamen Ausgang des Auswahlschalters (ASW) und einem zugeordneten Eingang der
zusätzlichen Anschlußbaugruppe (ABn+1) und andererseits zwischen einem gemeinsamen
Eingang des Auswahlschalters (ASW) und einem zugeordneten Ausgang der zusätzlichen
Anschlußbaugruppe (ABn+1) umschaltbar ist, daß die Umschaltbausteine jeweils eine
Anzahl parallelgeschalteter steuerbarer Stromquellen aufweisen, die jeweils einen
emittergekoppelten Differenzverstärker und einen Stromquellentransistor enthalten,
daß dabei dessen Kollektor mit den zusammengeführten Emitteranschlüssen der beiden
im Differenzverstärker enthaltenen Transistoren verbunden ist, daß an eine Quelle
für ein Steuersignal die Basis des Stromquellentransistors angeschlossen ist, daß
der Emitter des Stromquellentransistors über einen Emitterwiderstand mit Bezugspotential
verbunden ist, daß der Basisanschluß des einen Reverenzverstärkertransistors mit einer
Quelle für das umzuschaltende Übertragungssignal und der Basisanschluß des anderen
Differenzverstärkertransistors mit einer Quelle für das inverse Übertragungssignal
verbunden ist und daß die Kollektoranschlüsse der Differenzverstärkertransistoren
über Widerstände und/oder abgeschlossene Leitungen an eine Quelle für eine Betriebsspannung
und einen oder mehrere Ausgänge angeschlossen sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gesteuerten Schalter in den Anschlußbaugruppen AB1 ... ABn+1 am Eingang nach
und am Ausgang vor Impulsformern(IF...IFn+1) angeordnet sind.
3. Anordnung zur Ersatzschaltung nach Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einer Anschlußbaugruppe (AB1 ... ABn+1) jeweils vier Signalpaare und damit
vier Impulsformer und vier Umschaltbausteine zusammengefaßt sind.
4. Anordnung zur Ersatzschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Auswahlschalter (ASW) eine Mehrzahl mittels Differenzverstärkern und jeweils
einem Stromquellentransistor aufgebauter steuerbarer Stromquellen als Schalter angeordnet
sind, deren Ausgangsanschlüsse parallelgeschaltet sind und deren Eingangsanschlüsse
jeweils einem Eingangsanschluß des Auswahlschalters (ASW) entsprechen.
5. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Mehrzahl n ≥ 2 mittels Differenzverstärkern und jeweils einem Stromtransistor
aufgebauter steuerbarer Stromquellen als Schalter vorgesehen sind, wobei der eine
Eingangsanschluß aller Differenzverstärker parallelgeschaltet und mit einer Quelle
für ein Eingangssignal verbunden ist und der andere Eingangsanschluß ebenfalls parallelgeschaltet
und mit einer Quelle für das inverse Eingangssignal verbunden ist und die Ausgangsanschlüsse
der Differenzverstärker die Ausgangsanschlüsse des Auswahlschalters (ASW) darstellen.